ACTION DES DÉCHARGES ÉLECTRIQUES

1° Étincelles. Arc voltaïque.

Action sur les solides et les liquides. — Lorsque des décharges électriques traversent une substance solide qu’elles peuvent échauffer suffisamment, il y a fusion, et parfois volatilisation et séparation des éléments ; ainsi, avec un fil fin de laiton, les éléments sont séparés et brûlés à l’air : on recueille de l’oxyde de cuivre et de l’oxyde de zinc.

Dans ces phénomènes l’action calorifique paraît prédominante, aussi, en combinant l’effet des décharges avec la chaleur d’un foyer, obtient-on des phénomènes de fusion et de réduction très intéressants sur lesquels nous ne pouvons insister ici (1).

Les effets chimiques produits sur les solides et les liquides par les décharges électriques, rentrent du reste dans ceux que nous étudierons plus loin.

Action sur les gaz et les vapeurs. — Un mélange d’hydrogène et d’oxygène fait explosion lorsqu’on fait éclater dans celui-ci une étincelle électrique. Le même phénomène se produit lorsqu’on introduit dans le mélange un corps enflammé ; la combinaison se propage de proche en proche à toute la masse. Dans ces conditions l’étincelle semble donc agir uniquement par l’effet calorifique. Il en est de même dans tous les mélanges gazeux explosifs, qu’il est inutile de rappeler ici.

Pour certains corps la combinaison est limitée aux points qui se trouvent sur le trajet des décharges ; dans ce cas elle ne s’effectue que lentement au fur et à mesure du passage de ces décharges. On peut citer comme exemple la combinaison de l’oxygène et de l’azote.

Priestley avait observé qu’en faisant passer pendant longtemps des étincelles électriques à travers une quantité donnée d’air atmosphérique, le volume diminuait, et que de la teinture de tournesol mise en contact avec cet air devenait rouge. Cavendish montra qu’il se formait de l’acide azotique.

MM. Fremy et Ed. Becquerel en opérant soit avec l’arc voltaïque entre deux pointes de platine, soit avec l’étincelle d’induction, ont montré que dans un mélange d’azote et d’oxygène secs il se produit des vapeurs rutilantes, sous l’influence des décharges électriques. En présence de l’eau, l’acide hypoazotique se change en acide azotique comme dans l’expérience de Cavendish.

(I) Becquerel, Éléments d’électro-chimie, p. 204. 1864.

Un mélange d’acide sulfureux et d’oxygène a donné, sous l’action de l’arc voltaïque, des vapeurs d’acide sulfurique anhydre.

L’azote et l’hydrogène dans les mêmes circonstances donnent lieu à des traces d’ammoniaque; mais l’expérience ne peut être continuée longtemps parce que l’électricité décompose le gaz ammoniac formé.

L’hydrogène, sous l’influence de l’étincelle électrique, se combine avec le carbone pour donner de l’acétylène ; la formation de ce composé semble d’autant plus abondante que la température de la décharge est plus élevée. M. Berthelot a réalisé la synthèse de ce corps en produisant l’arc voltaïque entre deux cônes de charbon dans une atmosphère d’hydrogène.

Enfin, comme on le verra plus loin, l’oxygène pur donne de l’ozone.

On vient de voir que la décharge électrique dans les cas cités plus haut opérait la combinaison de divers éléments simples : elle peut également provoquer la séparation des mêmes éléments, lorsqu’elle traverse un corps composé, et dans ce cas le phénomène est conforme à ceux qui accompagnent le plus généralement le passage de l’électricité au travers des corps décomposables.

La vapeur d’eau traversée par des décharges électriques se décomposé en oxygène et hydrogène, l’acide carbonique en oxygène et oxyde de carbone, etc., mais la décomposition ne s’étend pas à la totalité du gaz soumis à l’expérience. On peut expliquer cette action limitée en admettant que sous l’influence des décharges mêmes provoquant la décomposition, les éléments séparés tendent à se combiner de nouveau et à reconstituer le composé primitif ; il s’établit ainsi dans le mélange gazeux une sorte d’équilibre entre les décompositions et les combinaisons successives, et la décomposition doit rester stationnaire, à moins que l’on ne puisse éliminer constamment l’un des éléments séparés, ce qui arrive si l’un d’eux n’est pas gazeux.

Ces phénomènes complexes ne se produisent plus avec la même intensité si au lieu de faire agir sur les corps gazeux l’étincelle électrique ou l’arc voltaïque on les fait traverser par une décharge obscure, ou effluve électrique. Les conditions sont alors beaucoup plus favorables à la manifestation des phénomènes dus à l’électricité.

2° Effluves Electriques.

Un grand nombre de dispositions ont été employées pour soumettre les gaz à l’action des décharges électriques, nous citerons celles de MM. Fremy et Ed. Becquerel, Siemens, Beanes, Babo, Andrews, Houzeau, Thénard, et Berthelot. M. Berthelot a modifié heureusement une disposition donnée par M. Andrews de manière à pouvoir soumettre à l’effluve électrique un volume limité d’un gaz quelconque, et nous renvoyons à la description de ces appareils, qui a été faite dans les Annales de chimie et de physique, 5e série, t. X.

Comme nous l’avons dit plus haut, les effets obtenus dans ces circonstances diffèrent notablement de ceux que donnait l’étincelle électrique ou l’arc voltaïque.

De Saussure avait observé que la décomposition de l’acide carboniqne

par les étincelles s’arrêtait lorsqu’il y avait 7,5 pour 100 de son volume décomposé en oxyde de carbone et oxygène. Avec l’effluve, M. Arn. Thénard a pu décomposer 26,5 pour 100 du volume d’acide carbonique soumis à l’expérience.

Un mélange d’azote et d’hydrogène sous l’influence de l’effluve donne une proportion d’ammoniaque plus forte qu’avec l’étincelle.

L’azote et le gaz des marais donnent lieu à de l’ammoniaque libre et à un produit azoté solide, qui dégage de l’ammoniaque par la chaleur.

MM. P. Thénard et Arn. Thénard ont observé une série de réactions très intéressantes qui se produisent sous l’influence de l’effluve électrique. L’acétylène se transforme en produits polymériques soit liquides soit solides. On retrouve des produits analogues avec un mélange d’azote et d’acétylène. MM. Thénard ont observé également la formation d’une substance liquide en soumettant à l’effluve électrique un mélange d’acide carbonique et de gaz des marais.

L’oxyde de carbone et l’hydrogène donnent un produit solide observé par MM. Thénard et Brodie.

L’effluve électrique, d’après M. Berthelot, donne lieu aux décompositions suivantes :

Le protoxyde d’azote est décomposé en azote libre et oxygène ;

Le bioxyde d’azote en protoxyde d’azote et oxygène ;

L’hydrogène sulfuré, en soufre libre et en un polysulfure d’hydrogène.

L’hydrogène sélénié donne de l’hydrogène et un polyséléniure ;

L’hydrogène phosphoré, de l’hydrogène et un sous-phosphure jaune.

Le cyanogène donne du paracyanogène.

L’oxyde de carbone produit un sous-oxyde de carbone brun découvert par M. Brodie.

Le formène C3H4, l’éthylène C4II4, l’hydrure d’éthylène CPH6, fournissent à la fois de l’acétylène GUI2, de l’hydrogène libre, et des carbures polymériques résineux.

Les solutions de bore et de silicium, le chlore, n’ont éprouvé aucun changement.

Enfin M. Berthelot a observé que l’azote, de même que l’hydrogène, étaient rapidement absorbés par les substances organiques sous l’influence de l’effluve électrique, et a émis l’opinion que l’électricité atmosphérique pouvait intervenir dans le phénomène de la fixation de l’azote sur les végétaux.

De toutes les réactions produites par l’effluve électrique, la plus intéressante est, sans contredit, la modification qu’elle fait subir à l’oxygène, en donnant naissance à l’ozone.

Ozone. — Van Marum avait observé qu’autour des machines électriques l’air prenait une odeur particulière. Cette remarque, pendant longtemps, n’attira pas autrement l’attention des physiciens. En 1840, M. Schoenbein ayant remarqué l’odeur qui accompagne la production du gaz oxygène dans la décomposition de l’eau par la pile, la compara à celle qui se développe lorsqu’une étincelle éclate dans l’oxygène ; il étudia les propriétés de ce gaz soumis à

l’action de l’étincelle électrique, le trouva doué d’une faculté oxydante très énergique que ne possède pas l’oxygène ordinaire, èt donna au corps formé le nom d’ozone, caractéristique de son odeur particulière.

Plus tard, M. Schoenbein montra que l’ozone prend naissance en faisant passer de l’oxygène humide sur du phosphore à la température de 20 à 30 degrés.

M. Houzeau a donné un autre mode de préparation chimique de l’ozone : il consiste à décomposer le bioxyde de baryum par l’acide sulfurique monohydraté.

L’ozone a été étudié par un grand nombre de physiciens.

Nous citerons d’abord MM. Fremy et Ed. Becquerel qui ont observé que l’oxygène préparé par les méthodes les plus diverses acquiert toujours des propriétés oxydantes très marquées sous l’influence de l’électricité. Le corps se décompose par la chaleur, lentement à la température ordinaire, et rapidement vers 200 à 250 degrés, de sorte que les étincelles dont l’effet calorifique est énergique ne permettent d’obtenir qu’une faible portion d’ozone.

Les effluves électriques traversant l’oxygène déterminent la formation d’une quantité d’ozone très notable.

La proportion d’ozone qui se forme à la température ordinaire est relativement faible, elle est d’autant plus grande que la température de la masse du gaz s’élève moins par le passage de l’effluve ; cette proportion dépend également de la pression. D’après des expériences toutes récentes de MM. Hautefeuille et Chappuis, on obtiendrait 0,20 d’ozone à — 23 degrés et à la pression atmosphérique et près de 0,50 à — : 88 degrés.

Suivant M. Schoenbein, l’ozone existerait en très petite proportion dans l’atmosphère; un travail très considérable de M. Houzeau a conduit à la même conclusion, mais dans cette question on doit accueillir avec la plus grande réserve les résultats fournis par l’oxydation des divers réactifs généralement employés : iodure de potassium, protoxyde de thallium, etc., car on sait comment, dans les conditions mêmes où l’ozone prend naissance, les éléments de l’air peuvent former des composés acides de nature à troubler les indications des réactifs.

L’oxygène diminue de volume quand on l’ozonise. Lorsqu’on traite l’oxygène ozoné par une dissolution d’iodure de potassium ou de certains autres cofps oxydables, l’ozone disparaît sans que l’on observe de changement de volume dans le gaz. Sous l’action de la chaleur l’oxygène, chargé d’ozone, subit une expansion égale au volume qu’occuperait la quantité d’oxygène que le gaz aurait été susceptible d’abandonner à l’iodure de potassium.

Une expérience’très importante due à MM. Fremy et Ed. Becquerel, montre que si l’on absorbe l’ozone au fur et à mesure de sa production, on peut transformer la totalité de l’oxygène soumis à l’expérience, et faire absorber la totalité du gaz par une dissolution d’iodure de potassium.

Les faits que nous venons de rappeler ont conduit à penser que l’ozone était formé par une combinaison de l’oxygène avec lui-même. M. Soret, en étudiant l’absorption de l’ozone par certaines essences telles que l’essence de térébenthine et l’essence de cannelle qui absorbe l’oxygène ozoné avec diminution

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de volume, a reconnu que le volume absorbé était double de celui qu’oceupejrait l’oxygène absorbé par l’iodure de potassium, et il a conclu de ses expériences que la densité de l’ozone devait être voisine de 1 fois 1/2 celle de l’oxygène. Un travail très intéressant de M. Soret sur la vitesse de diffusion de l’ozone a montré que la densité de 1 fois 1/2 celle de l’oxygène satisfaisait aux faits observés.

D’après M. Berthelot, l’ozone absorbe de la chaleur pour sa formation.

Dans le travail auquel nous avons déjà fait allusion plus haut, MM. Hautefeuille et Chappuis ont observé plusieurs propriétés nouvelles et très curieuses de ce corps singulier. Ils ont enfermé un mélange d’oxygène très riche en ozone dans un appareil à comprimer les gaz de M. Cailletet. Si l’on comprime brusquement le mélange à la température ordinaire, il s’échauffe assez pour déterminer la décomposition du gaz qui se produit avec explosion; la quantité de chaleur absorbée par la formation de l’ozone étant alors mise en liberté concourt à l’expansion du mélange gazeux. Si l’on comprime lentement l’oxygène chargé d’ozone on voit le mélange prendre une belle couleur bleue.

En faisant subir une brusque détente au gaz comprimé à 75 atmosphères on obtient un brouillard. Il faut comprimer l’oxygène pur à 300 atmosphères pour produire le même effet.

En comprimant un mélange d’acide carbonique et d’oxygène ozoné, l’acide carbonique se liquéfie et dissout l’ozone qui lui communique sa couleur bleue caractéristique.

Il suffit, du reste, de regarder au travers d’un tube de 2 mètres de long, un mélange ozoné contenant quelques centièmes d’ozone, à la température et à la pression ordinaires, pour voir la couleur bleue caractéristique du gaz.

M. Ed. Becquerel a découvert que l’oxygène était très fortement magnétique. Dans un travail qui n’est pas encore terminé, nous avons montré que le magnétisme de l’ozone avait un caractère spécifique et qu’il était notablement plus grand que le magnétisme correspondant à la quantité d’oxvgène que renferme ce corps.

Tels sont les principaux faits connus sur ce corps singulier dont l’étude offre encore un champ d’observation du plus haut intérêt.